行人腿型冲击器肌肉材料参数反求

aPLI先进行人腿型冲击器在碰撞测试中的生物仿真度,在很大程度上取决于其几何结构及其模拟腿部肌肉的合成橡胶的超弹性力学特性。根据橡胶准静态单轴压缩试验数据,分别对用于表述橡胶超弹性的Ogden和Mooney-Rivlin本构模型进行材料参数拟合,得到相应的材料参数并将拟合曲线与试验曲线进行比较,对比不同本构模型的拟合精度。结果表明,2阶Ogden材料模型更符合试验结果。为提高有限元模型中肌肉橡胶材料参数的准确性,重构压缩试验有限元模型,以拟合得到的2阶Ogden本构模型材料参数为初始值,通过将有限元与优化策略相结合,基于自适应响应面法对2阶Ogden模型中μ1、α1、μ2、α2这4个材料参数进行优化,获得该材料在准静态压缩状态下的一组最佳材料参数。

两轮电动车骑车人头部损伤的生物力学分析

两轮电动车(powered two-wheeler,PTW)骑车人头部损伤是我国道路交通事故中一种常见的伤害类型,完善骑车人头部损伤评价标准对制定两轮电动车骑车人安全法规以降低碰撞损伤风险具有重要意义。本文采用头部具有详细解剖学结构的人体数值模型进行骑车人-车辆碰撞仿真,对头部进行生物力学分析和损伤评估,并与行人-车辆碰撞中行人头部损伤进行对比分析。研究发现行人和骑车人在车辆碰撞事故中运动学响应较为相似,但头部生物力学响应存在差异,骑车人头部损伤风险高于行人。同时发现骑车人握力因素影响头部的运动学响应,应考虑其在两轮电动车骑车人头部损伤评估中的影响。

车人碰撞中人地接触损伤仿真及防护方法鲁棒性分析

人车事故中行人主要与车辆和地面接触而遭受损伤。此前已有大量研究在车辆接触阶段对多体行人模型进行了验证,但对地面接触阶段的验证较少。本文中评估了用于预测车辆撞击后行人运动和地面接触的4个PC-Crash行人模型。通过车辆和地面接触的HIC伤害与最近研究中的6个尸体实验数据对比显示,其中PC2014行人模型能很好地预测行人头部损伤,车辆和地面接触HIC的平均误差分别为6.07%和5.85%,数据说明PC2014行人模型可以用于再现人车碰撞事故以及开发未来地面接触伤害防护对策。控制制动防护方法鲁棒性研究显示,在3种行人姿态(奔跑、步行和应急)扰动下,HIC平均降低比例分别为63.2%、57.9%和67.8%,说明控制制动防护方法具有很好的抗行人姿态干扰能力。进一步分析不同姿态下的行人损伤发现,3种步态序列之间均有显著性差异,在应急步态下控制制动防护方法有着更好的抗行人姿态干扰能力;而在奔跑步态序列下,往往可以通过控制制动防护方法产生最低的头地碰撞损伤,表明在使用控制制动防护方法对行人进行保护时须考虑到不同姿态产生的影响,以进一步提高控制制动防护方法的地面伤防护效果。

基于双目立体视觉的乘员运动姿态测量方法研究

提出了基于双目立体视觉的汽车乘员运动姿态测量方法。首先使用自主搭建的双目立体视觉系统,按照张正友标定法标定相机并对图像进行立体校正;然后提出基于邻域的SGBM单参数优化算法,并依此建立乘员关键特征点与三维空间坐标间的映射关系,实现了对乘员运动姿态的非接触动态测量。实验结果表明,该方法可以有效地测量乘员运动姿态,且测量精度较高,对汽车乘员非标准坐姿下的保护策略制定具有重要的参考价值。

基于BP神经网络的儿童乘员头部损伤预测模型及评估参数研究

智能座舱与虚拟测评规程的推广,给乘员损伤评价带来新挑战,损伤机理与损伤风险评估参数更加多样化。本文基于图斯特6岁儿童乘员损伤仿生模型与BP神经网络算法构建正面100%重叠刚性壁障工况中乘员坐姿角度与头部损伤指标相关性预测模型,探究不同坐姿下头部损伤风险以及不同评价指标之间的相关性与差异性。结果表明,构建的相关性损伤预测模型具有良好的可信度(R2>0.90),可以用于损伤预测与分析。现有头部损伤评价指标在小角度坐姿范围内(95°~108°)对头损伤评估及预测具有良好的一致性,但是对于大角度坐姿乘员,不同损伤评价指标对头部损伤风险的评估存在显著差异。因此,目前实施的头部损伤评价参数具有局限性,未来虚拟测评中应综合运动学和生物力学参数对头部损伤风险进行更加全面的评估。该研究结果可以为儿童约束系统的改善、虚拟测评以及大角度坐姿乘员头部损伤评价参数的选取提供数据与理论支撑。

水轮型翅片组耦合均温板的多目标及拓扑优化

为解决传统通道型液冷板功耗高、散热效率低等问题,提出了用于电动车的一种异形化的水轮形扰流翅片组耦合均温板电池热管理系统。水轮组的组合方式、布置位置和数量等因素确定基础模型后,使用多目标优化方法,分析了翅片长度、翅片倾角、中心距离出口边距离和两出口间距离。为了进一步提升液冷板均温性,在液冷板外侧添加均温板,以温度为目标函数对其进行拓扑优化。结果表明:与初始模型相比平均温度和标准差分别降低了1.83℃和0.45,综合评价指标—热性能因子(TPF)提升77.8%。翅片长度、倾角、出口位置及其附件扰流对液冷板各项性能有着显著影响。在流体通道所占体积分数为0.8时,液冷板的平均温度进一步下降2.6℃,温度标准差下降0.206,TPF相较添加前继续提升18.9%。

汽车-动力两轮车碰撞前驾驶员风险感知研究

人机共驾阶段人类驾驶员对驾驶环境保持较高的风险感知水平是保证及时有效、稳定安全接管的核心。本研究通过开展风险感知模拟驾驶试验,获取了驾驶员在典型汽车-动力两轮车碰撞场景下的驾驶行为及脑电响应数据。从驾驶行为层面以制动TTC(time to collision)和平均加速度为评价指标,利用分位数回归构建了驾驶员风险感知量化模型,通过独立样本检验发现驾驶经验、碰撞场景类型对驾驶员风险感知存在显著影响。在脑电响应层面,通过双独立样本检验及FDR校正发现Alpha频段与驾驶员风险感知显著相关。此外,提出了驾驶员风险感知神经机理,包括视觉感知与认知加工两个阶段。研究结果有助于提升人机共驾汽车的安全性。

汽车碰撞驾驶员下肢行为响应及损伤分析

当前汽车碰撞试验中所用假人为标准姿态,忽略了驾驶员本能应急行为对自身损伤的影响。基于此问题,通过搭建沉浸式驾驶模拟器获取碰撞环境下驾驶员下肢姿态的变化特征并利用有限元方法对碰撞场景进行模拟仿真,最终通过数据分析对比驾驶员应急行为下人体各部位损伤情况。研究结果表明:当脚部位于油门踏板上时驾驶员头部以及大腿损伤较为严重,脚部踩压制动踏板时,胸部压缩量相较于其他姿态峰值增大了22.3%,脚部位于制动踏板上时颈部伸张力矩峰值最大,粘性指数峰值减小了25%。驾驶员下肢行为变化时其身体运动姿态、各部位的损伤程度有明显差异且与标准姿态相比各部位损伤情况也有显著不同。研究结果能够为针对中国驾乘人员的车辆安全防护设计提供新思路,同时对国内碰撞法规的完善具有很好的参考价值。

汽车正面碰撞后排小体位假人伤害研究及优化

提出了一种相应的伤害优化方案,基于C-NACP正面碰撞工况搭建碰撞分析模型,同时通过与正面100%重叠刚性壁障碰撞试验的HybridⅡ5th女性假人试验数据进行对比来验证模型的可靠性。基于对标结果进行优化设计,对比分析不同优化方案对乘员安全性的影响趋势。确定优化方案,即增加碰撞锁止锁舌、线性预紧器配置,增加座椅刚度,调整安全带限力值。与原始方案相比,在碰撞过程中后排女性假人总体得分提升84%。根据C-NCAP星级评定规程,此后排女性假人得分高于94%,成绩优秀,验证了方案的有效性,可为后排小体位假人伤害的优化研究提供参考。

燃料电池汽车氢瓶纵向双绑带固定正面碰撞仿真研究

随着燃料电池汽车的发展和技术积累,燃料电池电动汽车技术导入期已基本完成,燃料电池在我国客车、重卡、叉车等商用车领域已有大范围试点和应用,进入了产业化快速成长阶段。而轿车、SUV、MPV等燃料电池乘用车发展相对较慢,为保证客户安全,燃料电池乘用车各项法规正在持续研讨中,关于车载储氢系统的碰撞安全仅在讨论阶段,尚未正式发布。文章采用仿真软件,针对某国产燃料电池轿车氢瓶采用纵向双绑带固定方式的结构进行了正面碰撞条件下的仿真分析,并针对产生的失效问题进行了改进优化。

基于指数的汽车安全典型测评场景研究与分析

本文详细介绍了汽车指数在被动安全和辅助安全领域研究开发的若干典型测评场景,总结分析了数十款车型在典型测评场景下的测评结果,并为“新三化”趋势下的汽车安全测评体系持续升级提出建议,为整车企业进行安全技术开发提供重要参考。

在侧面碰撞中电动汽车电池模块破损的预测

为增强电动汽车在侧面碰撞事故中的电池安全性,以某新能源汽车电池箱为研究对象,创建侧面碰撞情况下的有限元模型。通过LS-DYNA进行5种速度侧面碰撞仿真,提取电池箱侧壁几何中心点的应力曲线以及电池模块破损情况,根据两者之间的相关关系,建立预测电池模块碰撞破损的反向传播(BP)神经网络模型。模型的输入量为应力曲线,输出向量为模块破损情况。结果表明:5种速度碰撞后预测错误3块,其余177块预测均正确;准确率达到98.33%。因而,通过对算法的设计可预测出电动汽车在受到侧面碰撞时将要破损的具体模块,有利于提高电动汽车安全性。

不同肩带力、夹紧锁舌或限力插锁对正面刚性墙碰撞中二排HIII-5F假人响应影响研究

C-NCAP 2024版FRB工况速度增加至56 km/h后,二排HIII-5F假人得分降低。基于ISO模型和试验数据分析乘员响应过程,明确降低肩带力、采用夹紧锁舌或限力插锁的潜在效果并开展滑台对标与验证。滑台结果表明:降低肩带力时头、颈和胸部受益均很小;夹紧锁舌时胸部受益大而头或颈部无不利影响,限力插锁时头和颈部受益大而胸部未受益,组合低肩带力后胸部受益均明显。碰撞结果表明:夹紧锁舌组合低肩带力得分为94%;限力插锁组合低肩带力得分为87%,头部前移量超限通过HIII-50M假人滑台试验被豁免。

MPDB工况下驾驶员姿态对损伤风险的研究

为研究MPDB工况下驾驶员不同姿态的运动学响应及损伤风险,首先搭建了雅阁整车50%重叠移动渐进变形壁障(mobile progressive deformable barrier,MPDB)碰撞仿真模型,采用THUMS(Ver 6.1)人体有限元模型模拟了4种驾驶姿态:头部正常(HN)、头部后仰(HR)、头部前倾(HF)、身体前倾(BF)。对比分析了碰撞速度为50 km/h时,4种驾驶姿态下驾驶员头部线性加速度、颅内压力、最大主应变以及胸部最大压缩量、肋骨塑性应变、心肺压力分布等参数。结果表明:HF和BF姿态下的头部损伤风险更高,其中颅内压力分别为474和744 kPa,超过重度颅脑损伤阈值235 kPa。4种驾驶姿态的心肺压力均超过严重损伤阈值170 kPa,心肺产生严重损伤概率较大。该研究结果理清了MPDB工况下驾驶员不同姿态的损伤风险,为汽车安全技术研究提供重要参考依据。

智能车辆典型非标准坐姿乘员正面碰撞损伤研究

为探究多样化的乘员离位姿态对乘员碰撞损伤的影响,综合考虑多种乘员典型离位姿态,借助成熟乘员舱模型和假人模型进行了1 800次正面碰撞仿真,结果表明,相对于标准姿态工况,典型离位姿态下的乘员损伤均有一定程度的增加:座椅靠背角度增大会导致乘员头颈部损伤水平提高,而使胸部损伤水平下降;自动紧急制动(AEB)系统制动强度的增大会提高乘员胸部损伤水平而降低头颈部损伤水平;乘员向右偏移工况均比向左偏移工况有更大的头胸部损伤水平。

行人保护FlexPLI与aPLI标定限值对比研究

为探究腿型碰撞器标定试验的工作原理,详细对比了先进行人腿型碰撞器(aPLI)与柔性腿型碰撞器(FlexPLI)在结构上的差异,总结了腿型碰撞器动态标定和静态标定限值确定的方法分别为混合组群均值估计法和三点弯曲挠度试验法,归纳并比较了2种腿型碰撞器在动、静态标定限值上存在的显著差异,在此基础上剖析了这些差异的内在原因,动态标定限值差异的主要原因是aPLI增加了模拟人体上肢的质量模块,静态标定限值差异的主要原因是aPLI腿部和膝部结构改变。

基于大数据的侧碰台车模型搭建研究

随着消费者消费观念的不断变化,对车辆各方面的需求也在发生变化,这将影响到车辆的各项参数。选取了市面上近200款热销的车型,包含微型车、小型车、紧凑型车、中型车、中大型车、大型车,对其参数进行分析,对其长、宽、高、轴距、整备质量、轮胎尺寸进行数据提取和统计,创建基于大数据统计的侧碰台车模型。使用此模型代替碰撞试验中的侧碰台车,同时与21版C-NCAP中所使用的侧碰AEMDB台车参数进行数据对比。发现21版C-NCAP所使用的台车相比台车模型的长度要多27 mm,宽度要小150 mm,轴距要长243 mm,质量要小178 kg,存在差异,后续版本C-NCAP台车的质量会有所增加,前端宽度会有所增加,使得更符合中国道路的车辆情况。分析了车辆前端高度和轴荷分布,使得搭建的车辆模型更接近实际中国车辆的情况。根据碰撞试验数据,对车辆前端刚度进行研究,搭建了车辆模型的前端刚度指标,设计了台车模型前端安装的蜂窝铝结构和离地高度。对碰撞试验台车模型搭建提供了试验和理论基础,有利于被动安全性能的提升。

汽车座椅护颈对人体颈部的伤害分析

采用加速滑台碰撞设备和BioRID-Ⅱ鞭打试验用假人进行鞭打试验,分析假人颈部伤害值的变化,通过分析假人头部和头枕的接触时长及BioRID-Ⅱ假人的颈部伤害指数I_(NIC),上颈部剪切力、张力、扭矩,下颈部剪切力、张力、扭矩等数据,研究追尾事故中汽车座椅护颈对人体颈部的影响。结果表明,相比于未安装护颈的座椅,安装有护颈的座椅,护颈使假人头部与座椅头枕接触时长减少8.3%,假人I_(NIC)和上颈部扭矩M_(y)^(oc)峰值分别降低8.9%、26.1%,假人上颈部剪切力F_(x)+、拉伸力F_(z)+峰值分别增加715.7%、39.6%,下颈部剪切力F_(x)+、拉伸力F_(z)+、扭矩M _(y)峰值分别增加45.1%、53.3%、19.3%。依据《中国新车评价规程》(C-NCAP)2021鞭打试验评分准则,安装有护颈的座椅评分比未安装护颈的座椅评分降低1.6%,追尾事故中汽车座椅护颈会增加对人体颈部的伤害。

行人胸部保护检测方法研究

随着当前行人保护检测技术的发展和行人保护标准的日渐严苛,促使车辆对行人头部、腿部的保护能力日渐增强,行人头部和腿部损伤概率逐步降低。然而行人碰撞保护的相关标准尚未涉及行人胸部保护的要求,且行人胸部损伤的发生率仅次于行人头部损伤和行人下肢的发生率。因此通过研究行人胸部保护检测方法,总结推导了行人胸部试验区域及行人胸部试验点位的确认方法和行人胸部试验的冲击速度和冲击角度,研究形成行人胸部冲击检测方法,完善行人保护检测技术的范围,进而给各个主机厂、检测机构以及汽车行业行人保护检测技术的研究提供一定的参考。

考虑多种坐姿的正面碰撞约束系统参数优化

在车辆遇到危险时,自动紧急制动(AEB)系统的介入会使碰撞事故发生时刻驾驶员处于前倾离位姿态。基于正常坐姿设计的约束系统对不同前倾程度下的驾驶员可能会降低保护效果。为此,进行紧急制动志愿者实车试验,依此构建包含4种坐姿的离位坐姿约束系统模型,全面考虑不同坐姿,利用modeFRONTIER软件与MADYMO软件搭建联合仿真优化平台。选取拉丁超立方试验设计方法进行初始采样,运用径向基函数法构建响应面近似模型,利用第二代非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)得到最优匹配。结果表明:4种坐姿下中国新车评价规程(C-NCAP)得分均有所提高,总得分提高3.8分;优化后的约束系统参数合理有效,对于正常坐姿与不同离位坐姿下的驾驶员均具备较好的保护效果。